中文摘要：

本项目拟以微纳米力学和连续介质力学为基础，发展描述微纳米软物质薄膜在力、热、电等多场耦合作用下表面和界面失稳及其形貌演化的非线性力学分析模型与数值模拟方法，用以预测微纳米软物质薄膜表面和界面的失稳特性与薄膜几何物理性质之间的定量关系；分析表面能、界面能、粘弹性和表面扩散等因素对薄膜表面和界面失稳及其形貌演化的影响规律；研究面内双向应力、压头和基底形貌对微纳米薄膜表/界面失稳形貌的调控和诱导机制；探讨微纳米软物质薄膜表面失稳多级结构形成机理和微纳米软物质薄膜表面失稳形貌在生物医学和仿生等方面应用中的若干问题。本项目的实施将有助于深入认识微纳米软物质薄膜的表面和界面失稳的物理力学机理，研究结果能为微纳米软物质薄膜表面形貌、微纳米器件和微机电系统的设计、优化和制备提供重要参考。

结论摘要：

软物质薄膜在自然界中广泛存在，并在涂层、润滑、粘合剂、微纳电子和光电子等工业领域以及生物技术中有着广泛应用。软物质薄膜的稳定性和形貌演化是物理、力学、材料科学和微纳电子学等多学科共同关注的热点问题之一。对薄膜结构稳定性的深入研究，有助于微纳米器件和系统的优化设计、制备和操控，也有助于开发制备微纳米薄膜表面结构的新方法。 本项目针对微纳米软物质薄膜在力、热、电等多场耦合作用下表面和界面失稳及形貌演化进行了系统深入的研究。首先，发展了粘弹性微纳米软物质薄膜表面自发性失稳的二维和三维理论模型，得到了粘弹性薄膜失稳条件的解析表达式和粘弹性薄膜自发性失稳的稳定性相图；其次提出了线性界面黏着滑移本构模型，讨论了相应的失稳临界时间、特征波长等受界面黏着滑移刚度系数的影响规律；建立了LISA过程中线粘弹性固体薄膜表面失稳的三维理论分析模型，得到了失稳临界条件的解析表达式及其表面失稳相图；建立了薄膜？软基底系统在面内应力作用下屈曲及后屈曲的三维理论模型，分析了弹性模量比、界面黏结条件和泊松比等对薄膜？软基底系统表面失稳临界条件和特征波长等的影响规律；利用能量等效原理，推导出薄膜–基底系统表面多级自相似形貌失稳的理论解，得到了各级失稳临界条件的表达式，以及各级失稳波长和失稳幅值随薄膜厚度、面内压力等因素的变化趋势。用以解释表面多级相似形貌失稳产生的物理力学机理；发展了残余应力作用下微纳米单层薄膜和双层薄膜表面失稳的数值模拟方法，利用ANSYS的APDL命令流，模拟了微纳米薄膜的失稳临界条件和失稳特征波长随薄膜弹性模量、厚度泊松比等因素的变化规律；建立了在均匀外电场作用下，软弹性薄膜六方表面失稳的理论分析模型，得到了相应的失稳临界条件。此外，还提出了悬浮固体薄膜结构表面失稳和斑图形成的三维理论分析模型，讨论了范德华力、双电层力和表面应力对悬浮固体薄膜结构稳定性的影响，以及失稳特征波长与固体薄膜弹性、固体薄膜厚度和液体层厚度之间的依赖关系。并发展了相应的数值模拟方法。